JP3356888B2 - Signal processing circuit of capacitance type sensor - Google Patents

Signal processing circuit of capacitance type sensor

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JP3356888B2 JP20887194A JP20887194A JP3356888B2 JP 3356888 B2 JP3356888 B2 JP 3356888B2 JP 20887194 A JP20887194 A JP 20887194A JP 20887194 A JP20887194 A JP 20887194A JP 3356888 B2 JP3356888 B2 JP 3356888B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、加速度、圧力等を検
出する静電容量式センサについて、その信号処理を行う
静電容量式センサの信号処理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit for an electrostatic capacity sensor for detecting acceleration, pressure and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】加速度、圧力等を検出するセンサとし
て、従来より圧電型のものが用いられていたが、最近で
は静電容量の変化を利用した静電容量式センサが、高感
度、低消費電力等の利点を有することから注目されてい
る(例えば特開平4−19568号)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric sensor has been used as a sensor for detecting acceleration, pressure, and the like. Recently, however, a capacitance sensor utilizing a change in capacitance has been developed to provide high sensitivity and low power consumption. Attention has been paid to its advantages such as electric power (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 19568/1992).

【0003】この静電容量式センサの基本原理を図7に
示す。図7は加速度センサに応用したものである。同図
において、(1)は筐体であり、この筐体(1)には上
下2枚の基板が所定距離を隔てて対向配置に取付られて
いる。上側の基板(2)は固定基板であり、該固定基板
(2)の下面中央には、円形固定電極(3)が取付けら
れている。一方、下側の基板(4)は可撓性材料からな
る可動基板であり、該可動基板(4)の上面の左右対称
位置には、扇形の2個の可動電極(6)(5)が取付け
られている。そして、前記固定電極(3)を共通電極と
して、各可動電極(6)(5)との間で左右2個のコン
デンサ(8)(7)が形成されている。さらに、可動基
板(4)の下面中央部には、重り(9)が固定されてい
る。
FIG. 7 shows the basic principle of this capacitance type sensor. FIG. 7 shows an application to an acceleration sensor. In the figure, (1) is a housing, and upper and lower two substrates are attached to the housing (1) at a predetermined distance from each other. The upper substrate (2) is a fixed substrate, and a circular fixed electrode (3) is attached to the center of the lower surface of the fixed substrate (2). On the other hand, the lower substrate (4) is a movable substrate made of a flexible material, and two fan-shaped movable electrodes (6) and (5) are provided at symmetrical positions on the upper surface of the movable substrate (4). Installed. Two fixed capacitors (8) and (7) are formed between the movable electrode (6) and the movable electrode (5) using the fixed electrode (3) as a common electrode. Further, a weight (9) is fixed to the center of the lower surface of the movable substrate (4).

【0004】図7に示す加速度センサでは、例えばX軸
負方向(紙面左方向)に加速度が加わると、重り(9)
にはX軸正方向に外力が作用し、この外力は可動基板
(4)に曲げモーメントを生じさせ、可動基板(4)は
図7(b)に示すように撓む。この撓みによって、右側
の可動電極(5)は固定電極(3)に接近し、左側の可
動電極(6)は固定電極(3)から離間し、電極間の距
離が変化する結果、左右コンデンサ(8)(7)の容量
値が変化し、この容量変化を検出して加速度を検出する
ものとなされている。
In the acceleration sensor shown in FIG. 7, for example, when an acceleration is applied in the negative direction of the X-axis (left direction on the paper), the weight (9)
, An external force acts in the positive X-axis direction, and this external force causes a bending moment on the movable substrate (4), and the movable substrate (4) bends as shown in FIG. 7 (b). Due to this bending, the right movable electrode (5) approaches the fixed electrode (3), the left movable electrode (6) moves away from the fixed electrode (3), and the distance between the electrodes changes. 8) The capacitance value of (7) changes, and the acceleration is detected by detecting this capacitance change.

【0005】図3は、図7に示した加速度センサの具体
的な信号処理回路である。同図において、(10)および
(20)は並列に接続された第1、第2の遅延回路であ
り、各遅延回路は抵抗素子(11)(21)とコンデンサ
(7)(8)との積分回路によって構成されている。第
1、第2の各遅延回路(10)(20)は、同一位相のパル
ス入力に対してそれぞれの抵抗値と容量値で決定される
時定数に応じて、入力信号を遅延させるものであり、両
遅延回路の抵抗素子(11)(21)の抵抗値は同一値Rに
設定されるとともに、コンデンサとして図7に示した加
速度センサの各コンデンサ(7)(8)が接続されてい
る。
FIG. 3 shows a specific signal processing circuit of the acceleration sensor shown in FIG. In the figure, (10) and (20) are first and second delay circuits connected in parallel. Each delay circuit is composed of a resistor (11) (21) and a capacitor (7) (8). It is composed of an integrating circuit. Each of the first and second delay circuits (10) and (20) delays an input signal according to a time constant determined by a resistance value and a capacitance value with respect to a pulse input having the same phase. The resistance values of the resistance elements (11) and (21) of both delay circuits are set to the same value R, and the capacitors (7) and (8) of the acceleration sensor shown in FIG. 7 are connected as capacitors.

【0006】図3に示す(30)は、第1、第2の遅延回
路(10)(20)の出力信号の位相を比較する位相比較器
であり、排他的論理和素子(以下「EX−OR素子」と
記す)によって構成されている。また、(40)は位相比
較器(30)の出力を平滑化するローパスフィルタ(図面
ではL.P.F.と記す)である。
A phase comparator (30) shown in FIG. 3 compares the phases of the output signals of the first and second delay circuits (10) and (20). OR element "). Reference numeral (40) denotes a low-pass filter (referred to as LPF in the drawings) for smoothing the output of the phase comparator (30).

【0007】図3に示した信号処理回路では、図示しな
いパルス発生器から発生したパルス信号Q0 が、端子を
通じて第1、第2の遅延回路(10)(20)にそれぞれ入
力される。各遅延回路への入力信号は、遅延回路(10)
(20)の各抵抗素子(11)(21)の抵抗値Rとコンデン
サ(7)(8)の容量値Cx1、Cx2で決定される時定数
に応じて遅延されるが、両遅延回路における抵抗素子
(11)(21)の抵抗値は同一値Rに設定されているか
ら、加速度センサにおけるコンデンサ(7)(8)の容
量値Cx1、Cx2の変化に応じて入力信号の遅延量が変化
することになる。
In the signal processing circuit shown in FIG. 3, a pulse signal Q0 generated from a pulse generator (not shown) is input to first and second delay circuits (10) and (20) through terminals. The input signal to each delay circuit is the delay circuit (10)
The delay is made according to the time constant determined by the resistance value R of each of the resistance elements (11) and (21) and the capacitance values Cx1 and Cx2 of the capacitors (7) and (8). Since the resistance values of the elements (11) and (21) are set to the same value R, the delay amount of the input signal changes according to changes in the capacitance values Cx1 and Cx2 of the capacitors (7) and (8) in the acceleration sensor. Will be.

【0008】ここで、加速度センサに加速度が加わって
いない状態を考えると、左右コンデンサ(8)(7)を
構成する固定電極(3)と可動電極(6)(5)間の距
離は同一であるから、コンデンサ(7)(8)の容量値
Cx1、Cx2は同一であり、従って遅延回路(10)(20)
の時定数は同一であり、各遅延回路への入力信号はとも
に等量だけ遅延されて位相差なしの状態で出力される。
EX−OR素子からなる位相比較器(30)は、両遅延回
路(10)(20)からの出力信号の位相差を比較して排他
的論理和演算するが、位相差は零であるから位相比較器
(30)からの出力は生じない。よって、ローパスフィル
タ(40)から加速度信号は生じず、加速度は存在してい
ないことが判定される。
Here, considering the state where no acceleration is applied to the acceleration sensor, the distance between the fixed electrode (3) and the movable electrodes (6) (5) constituting the left and right capacitors (8) and (7) is the same. Therefore, the capacitance values Cx1 and Cx2 of the capacitors (7) and (8) are the same, so that the delay circuits (10) and (20)
Are the same, and the input signals to the respective delay circuits are all delayed by an equal amount and output without a phase difference.
The phase comparator (30) composed of the EX-OR element compares the phase difference between the output signals from the delay circuits (10) and (20) and performs an exclusive OR operation. No output from the comparator (30) occurs. Therefore, no acceleration signal is generated from the low-pass filter (40), and it is determined that no acceleration exists.

【0009】次に、加速度センサにX軸負方向に加速度
が加わると、可動基板は図7(b)に示すように撓み、
一方の可動電極(5)と固定電極(3)の距離は縮小し
てコンデンサ(7)の容量値Cx1は増加し、他方の可動
電極(6)と固定電極(3)の距離は拡大してコンデン
サ(8)の容量値Cx2は減少する。このため、遅延回路
(10)(20)による遅延量に差を生じ、図4に示すよう
に、第1遅延回路(10)の出力Vc1は入力信号Q0 に対
して遅延量D1 だけ遅延され、第2遅延回路(20)の出
力Vc2は入力信号Q0 に対して遅延量D2 だけ遅延され
る(ただしD1>D2 )。なお、第1、第2遅延回路(1
0)(20)の実際の出力Vc1、Vc2は積分波形となる
が、説明の便宜上パルス波形として示す。このように遅
延量に差を生じるから、両遅延回路(10)(20)の出力
Vc1、Vc1には位相差を生じる。
Next, when acceleration is applied to the acceleration sensor in the negative direction of the X-axis, the movable substrate bends as shown in FIG.
The distance between one movable electrode (5) and the fixed electrode (3) is reduced, the capacitance value Cx1 of the capacitor (7) is increased, and the distance between the other movable electrode (6) and the fixed electrode (3) is increased. The capacitance value Cx2 of the capacitor (8) decreases. For this reason, a difference occurs between the delay amounts of the delay circuits (10) and (20). As shown in FIG. 4, the output Vc1 of the first delay circuit (10) is delayed by the delay amount D1 with respect to the input signal Q0. The output Vc2 of the second delay circuit (20) is delayed by a delay amount D2 with respect to the input signal Q0 (D1> D2). Note that the first and second delay circuits (1
Although the actual outputs Vc1 and Vc2 of (0) and (20) have integral waveforms, they are shown as pulse waveforms for convenience of explanation. Since a difference occurs in the delay amount in this way, a phase difference occurs between the outputs Vc1 and Vc1 of the two delay circuits (10) and (20).

【0010】位相比較器(30)はこの位相差を検出し、
位相差に相当するパルス幅Tx のパルス信号Vx を出力
し、この信号はローパスフィルタ(40)で平滑化され、
加速度信号として出力される。
The phase comparator (30) detects this phase difference,
A pulse signal Vx having a pulse width Tx corresponding to the phase difference is output, and this signal is smoothed by a low-pass filter (40).
It is output as an acceleration signal.

【0011】加速度センサに加わる加速度が大きい程、
可動基板(4)の撓みは大きくなり、コンデンサ(7)
(8)の容量差も大きくなるから、両遅延回路(10)
(20)の遅延量の差も大きくなり、位相比較器からの出
力パルスVx のパルス幅Tx も大きくなり、ローパスフ
ィルタ(40)からの加速度信号も大きくなる。こうし
て、加速度センサに加わった加速度の大きさを検出する
ことができる。
[0011] As the acceleration applied to the acceleration sensor increases,
The deflection of the movable substrate (4) increases, and the capacitor (7)
Since the capacitance difference of (8) also increases, both delay circuits (10)
The difference between the delay amounts in (20) also increases, the pulse width Tx of the output pulse Vx from the phase comparator increases, and the acceleration signal from the low-pass filter (40) also increases. Thus, the magnitude of the acceleration applied to the acceleration sensor can be detected.

【0012】しかしながら、図3に示した信号処理回路
では、加速度の存在していない初期状態において位相比
較器(30)の出力は零であり、加速度が加わったときの
2個のコンデンサ(7)(8)の容量の差に応じて出力
が生じるから、加速度がX軸の正方向に加わっても負方
向に加わっても、両コンデンサ(7)(8)の容量差が
同じである限り位相比較器(30)には同一の出力を生じ
ることになる。このため、加速度の方向を検出できない
という欠点があった。
However, in the signal processing circuit shown in FIG. 3, the output of the phase comparator (30) is zero in the initial state where no acceleration is present, and the two capacitors (7) when acceleration is applied. Since an output is generated in accordance with the difference in capacitance of (8), even if acceleration is applied in the positive direction or the negative direction of the X-axis, the phase is maintained as long as the capacitance difference between the two capacitors (7) and (8) is the same. The comparator (30) will produce the same output. For this reason, there was a drawback that the direction of the acceleration could not be detected.

【0013】そこで、加速度の方向を検出できるように
するため、加速度の存在していない初期状態において、
第1、第2遅延回路(10)(20)の時定数に差を設けて
おくことが提案されている。具体的には、図5に示すよ
うに、一方の遅延回路(20)におけるコンデンサ(8)
と並列に、容量一定の基準位相差発生用コンデンサ(2
2)を接続したり、図示は省略するが抵抗素子(11)と
(21)の抵抗値に差を設けることが提案されている。図
5に示す処理回路によれば、加速度の存在していない初
期状態における各部の波形を図6に示すように、基準位
相差発生用コンデンサ(22)の容量値C0 に対応する遅
延量D0 (図6のVc2の波形に示す)だけ第2遅延回路
(20)による入力信号の遅延量が増加するから、位相比
較器(30)にはパルス出力Tx0が生じることになる。
Therefore, in order to detect the direction of acceleration, in an initial state where no acceleration exists,
It has been proposed to provide a difference between the time constants of the first and second delay circuits (10) and (20). Specifically, as shown in FIG. 5, the capacitor (8) in one delay circuit (20)
In parallel with the capacitor for generating a fixed reference phase difference (2
It has been proposed to connect 2) or to provide a difference between the resistance values of the resistance elements (11) and (21) although not shown. According to the processing circuit shown in FIG. 5, the waveform of each part in the initial state where no acceleration is present, as shown in FIG. 6, the delay amount D0 (corresponding to the capacitance value C0 of the reference phase difference generating capacitor (22)). Since the amount of delay of the input signal by the second delay circuit (20) is increased by the amount indicated by the waveform Vc2 in FIG. 6, a pulse output Tx0 is generated in the phase comparator (30).

【0014】この状態で、図7のX軸負方向に加速度が
加わった場合には、コンデンサ(7)の容量値は増加
し、コンデンサ(8)の容量値は減少し、基準位相差発
生用コンデンサ(22)をも含めた第1、第2遅延回路
(10)(20)における容量値の差は減少して、位相比較
器(30)の出力信号のパルス幅は初期状態のパルス幅T
x0よりも小さくなる。逆に、X軸正方向に加速度が加わ
った場合には、コンデンサ(7)の容量値は減少し、コ
ンデンサ(8)の容量値は増加し、基準位相差発生用コ
ンデンサ(22)をも含めた第1、第2遅延回路(10)
(20)における容量値の差は増大して、位相比較器(3
0)の出力のパルス幅はTx0よりも大きくなる。このよ
うに、加速度の方向によって、位相比較器(30)の出力
パルスのパルス幅が減少しあるいは増加するから、ロー
パスフィルタ(40)からの加速度信号も基準値から増減
することになり、増減の方向によって加速度の方向を検
知することができる。
In this state, when acceleration is applied in the negative direction of the X-axis in FIG. 7, the capacitance of the capacitor (7) increases, the capacitance of the capacitor (8) decreases, and the reference phase difference is generated. The difference between the capacitance values of the first and second delay circuits (10) and (20) including the capacitor (22) is reduced, and the pulse width of the output signal of the phase comparator (30) is changed to the initial pulse width T.
It is smaller than x0. Conversely, when acceleration is applied in the positive direction of the X-axis, the capacitance of the capacitor (7) decreases, the capacitance of the capacitor (8) increases, and the capacitance including the reference phase difference generating capacitor (22) is included. First and second delay circuits (10)
The difference between the capacitance values in (20) increases and the phase comparator (3
The pulse width of the output of (0) becomes larger than Tx0. As described above, since the pulse width of the output pulse of the phase comparator (30) decreases or increases depending on the direction of the acceleration, the acceleration signal from the low-pass filter (40) also increases or decreases from the reference value. The direction of the acceleration can be detected by the direction.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加速度
の方向を検出するために、図5のように基準位相差発生
用コンデンサ(202 )を一方の遅延回路に介挿したり、
抵抗値に差を設けた信号処理回路では、加速度センサに
よるコンデンサ(7)(8)を除く両遅延回路の構成が
相違することになる。このため、温度等の環境条件によ
って遅延回路の特性が変化した場合、この特性変化を両
遅延回路で相殺することができなくなり、特性の相違が
遅延量に反映されて、ローパスフィルタ(40)からの加
速度信号がドリフトしやすくなり、ひいては正確な加速
度の大きさや方向を検出することができないという欠点
があった。このため、両遅延回路の特性の相違を相殺す
るための補償回路を設けたり、環境条件を一定にするた
めの対策等も採られているが、複雑な回路や高精度な部
品を必要とし、処理回路全体の複雑化、コストの増大を
招くものであった。
However, in order to detect the direction of acceleration, a capacitor for generating a reference phase difference (202) is inserted into one of the delay circuits as shown in FIG.
In a signal processing circuit having a difference in resistance value, the configuration of both delay circuits except for the capacitors (7) and (8) by the acceleration sensor is different. For this reason, when the characteristics of the delay circuit change due to environmental conditions such as temperature, the change in the characteristics cannot be canceled out by the two delay circuits, and the difference in the characteristics is reflected in the amount of delay, and the low-pass filter (40) Has a disadvantage that the acceleration signal easily drifts, and the magnitude and direction of the acceleration cannot be accurately detected. For this reason, a compensation circuit is provided to offset the difference between the characteristics of the two delay circuits, and measures are taken to keep the environmental conditions constant.However, complicated circuits and high-precision parts are required. This leads to an increase in complexity of the processing circuit and an increase in cost.

【0016】この発明は、上記ような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、加速度の大きさ、方向を検出
することができるのはもとより、簡易な構成で高精度に
これらを検出することのできる静電容量式センサの信号
処理回路の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned technical background, and not only can detect the magnitude and direction of acceleration, but also can detect them with a simple configuration and high accuracy. It is an object of the present invention to provide a signal processing circuit of a capacitance type sensor that can perform the processing.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、遅延回路への基準位相差発生用コンデ
ンサの介挿や抵抗値の相違によって、加速度の方向検出
用の基準位相差を形成しておくのではなく、第1、第2
の各遅延回路への入力信号自体に予め位相差を形成して
おこうというものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a reference phase difference detecting device for detecting the direction of acceleration by inserting a capacitor for generating a reference phase difference into a delay circuit or by changing a resistance value. Instead of forming the first and second
Is to form a phase difference in advance on the input signal itself to each delay circuit.

【0018】即ち、こ発明は、入力信号を遅延させると
ともに、検出外力を受けて容量値Cx1、Cx2の増減が相
反して変化する2つのコンデンサ(7)(8)の各容量
値Cx1、Cx2の変化に応じて遅延量が変化する2つの遅
延回路(10)(20)と、これら遅延回路の出力信号の位
相を比較する位相比較器(30)とを備えた静電容量式セ
ンサの信号処理回路において、前記2つの遅延回路(1
0)(20)への入力信号Q1 、Q2 に予め位相差が設け
られていることを特徴とする静電容量式センサの信号処
理回路を要旨とする。
That is, according to the present invention, while the input signal is delayed, the capacitance values Cx1 and Cx2 of the two capacitors (7) and (8) whose input and output change in the opposite direction due to the detection external force are changed. The signal of a capacitance type sensor comprising two delay circuits (10) and (20) whose delay amount changes in accordance with the change of the phase and a phase comparator (30) for comparing the phase of the output signals of these delay circuits In the processing circuit, the two delay circuits (1
0) A signal processing circuit of a capacitance type sensor characterized in that a phase difference is provided in advance between input signals Q1 and Q2 to (20).

【0019】[0019]

【作用】入力信号Q1 、Q2 の位相差に基いて、各遅延
回路(10)(20)の出力に、加速度の方向検出用の基準
位相差が生じる。このため、遅延回路(10)(20)に基
準位相差発生用コンデンサを設けたり、抵抗値に差を設
けておく必要はなくなり、加速度センサによるコンデン
サを除いて両遅延回路の構成を同一にでき、特性を相殺
できる。
According to the present invention, a reference phase difference for detecting the direction of acceleration is generated at the output of each of the delay circuits (10) and (20) based on the phase difference between the input signals Q1 and Q2. Therefore, it is not necessary to provide a capacitor for generating a reference phase difference in the delay circuits (10) and (20) or to provide a difference in resistance value, and the configuration of both delay circuits can be made the same except for the capacitor by the acceleration sensor. , Can offset the properties.

【0020】[0020]

【実施例】次に、この発明の実施例を、図1及び図2を
参照して示す。なお、この実施例では、従来例と同じく
図7に示した加速度センサに対する信号処理回路に適用
した場合を示す。また、図3に示した従来の処理回路と
同一構成部分については同一の符号を付す。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a signal processing circuit for the acceleration sensor shown in FIG. The same components as those of the conventional processing circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

【0021】図1において、(50)は所定周波数のクロ
ックパルスを発生するクロック発生回路、(60)はカウ
ンタであり、該カウンタ(60)は、前記クロック発生回
路(50)からのクロックパルスを受領するとともに、予
め設定された基準位相差φを付与した状態で、第1、第
2の各遅延回路(10)(20)に入力信号を送出するもの
である。
In FIG. 1, (50) is a clock generating circuit for generating a clock pulse of a predetermined frequency, (60) is a counter, and the counter (60) receives the clock pulse from the clock generating circuit (50). The input signal is sent to the first and second delay circuits (10) and (20) in a state of receiving and receiving a preset reference phase difference φ.

【0022】前記第1、第2の各遅延回路(10)(20)
はそれぞれ抵抗素子(11)(21)とコンデンサ(7)
(8)との積分回路からなり、コンデンサ(7)(8)
としてそれぞれ図6に示した加速度センサの各コンデン
サが接続されている。これらの第1、第2の各遅延回路
(10)(20)は、従来と同じく、各抵抗素子(11)(2
1)の抵抗値とコンデンサ(7)(8)の容量値Cx1、
Cx2とで決定される時定数に応じた量だけ、入力信号を
遅延させるものである。抵抗素子(11)(21)は抵抗値
Rの同一特性のものが用いられている。
The first and second delay circuits (10) and (20)
Is a resistor (11) (21) and a capacitor (7) respectively
(8) and an integrating circuit, and capacitors (7) and (8)
Each capacitor of the acceleration sensor shown in FIG. 6 is connected. These first and second delay circuits (10) and (20) are provided with respective resistance elements (11) (2) as in the prior art.
The resistance value of 1) and the capacitance value Cx1 of the capacitors (7) and (8),
The input signal is delayed by an amount corresponding to the time constant determined by Cx2. The resistance elements (11) and (21) have the same characteristic of the resistance value R.

【0023】(30)は第1、第2の遅延回路(10)(2
0)の出力信号の位相を比較して、位相差に応じたパル
ス幅の信号を出力する位相比較器であり、この実施例で
はEX−OR素子によって構成されている。従って、こ
の位相比較器(30)からは、第1、第2遅延回路(10)
(20)の出力パルスのうち、一方がHレベルで他方がL
レベルのときにHレベルとなるパルスが出力される。つ
まり、第1、第2遅延回路(10)(20)の出力パルスの
位相差に相当するパルス幅を有するパルスが出力される
ものとなされている。
(30) is a first and second delay circuit (10) (2)
0) is a phase comparator that compares the phases of the output signals and outputs a signal having a pulse width corresponding to the phase difference. In this embodiment, the phase comparator is configured by an EX-OR element. Therefore, the first and second delay circuits (10) are output from the phase comparator (30).
Of the output pulses in (20), one is at H level and the other is at L level.
A pulse which becomes H level when it is at level is output. That is, a pulse having a pulse width corresponding to the phase difference between the output pulses of the first and second delay circuits (10) and (20) is output.

【0024】(40)は位相比較器(30)の出力を平滑化
するローパスフィルタであり、このローパスフィルタの
出力が加速度信号となる。
Reference numeral (40) denotes a low-pass filter for smoothing the output of the phase comparator (30), and the output of the low-pass filter becomes an acceleration signal.

【0025】次に、図1に示した信号処理回路の動作
を、図2の信号波形図を参照して説明する。
Next, the operation of the signal processing circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the signal waveform diagram of FIG.

【0026】クロック発生回路(50)から発生したクロ
ックパルスは、カウンタ(60)によって位相差の異なる
2つの入力信号Q1 、Q2 に変換され、第1、第2の各
遅延回路(10)(20)に入力される。この実施例では、
第1遅延回路(10)への入力パルスQ1 が第2遅延回路
(20)への入力パルスQ2 よりも位相差φだけ進んでい
るものとする。
The clock pulse generated from the clock generating circuit (50) is converted by the counter (60) into two input signals Q1 and Q2 having different phases, and the first and second delay circuits (10) and (20) ). In this example,
It is assumed that the input pulse Q1 to the first delay circuit (10) leads the input pulse Q2 to the second delay circuit (20) by a phase difference φ.

【0027】第1、第2遅延回路(10)(20)への入力
信号Q1 、Q2 は、各遅延回路の抵抗素子(11)(21)
の抵抗値Rとコンデンサ容量値Cx1、Cx2で決定される
時定数に対応する遅延量D1 、D2 だけそれぞれ位相が
遅延される。なお、遅延回路(10)(20)の実際の出力
は積分波形になるが、説明の便宜上パルス出力とし、こ
れを図2のVC1(第1遅延回路(10)の出力)、VC2
(第2遅延回路(20)の出力)に示す。加速度センサに
加速度が加わっていない状態では、加速度センサの2個
のコンデンサ(7)(8)はともに等容量であり、かつ
遅延回路(10)(20)の抵抗値は等しく設定してあるか
ら、時定数は同じである。従って遅延量D1 、D2 はほ
ぼ同一であり、VC1とVC2の位相差φx は入力信号の位
相差と変わらずφである。
The input signals Q1 and Q2 to the first and second delay circuits (10) and (20) correspond to the resistance elements (11) and (21) of each delay circuit.
Are delayed by the delay amounts D1 and D2 corresponding to the time constants determined by the resistance value R and the capacitor capacitance values Cx1 and Cx2. Although the actual outputs of the delay circuits (10) and (20) are integrated waveforms, they are pulse outputs for convenience of explanation, and are represented by VC1 (output of the first delay circuit (10)), VC2 in FIG.
(Output of the second delay circuit (20)). When no acceleration is applied to the acceleration sensor, the two capacitors (7) and (8) of the acceleration sensor have the same capacitance, and the resistance values of the delay circuits (10) and (20) are set equal. , The time constants are the same. Accordingly, the delay amounts D1 and D2 are substantially the same, and the phase difference φx between VC1 and VC2 is φ which is the same as the phase difference of the input signal.

【0028】第1、第2遅延回路(10)(20)の出力
は、位相比較器(30)としてのEX−OR素子によって
排他的論理和演算が行われ、各遅延回路の出力のうち、
一方がHレベルで他方がLレベルのときにHレベルとな
るパルス信号Vx0が出力される。このパルス信号Vx0の
パルス幅Tx0は位相差φに対応している。
The outputs of the first and second delay circuits (10) and (20) are subjected to an exclusive OR operation by an EX-OR element as a phase comparator (30).
A pulse signal Vx0 that goes high when one is high and the other is low is output. The pulse width Tx0 of the pulse signal Vx0 corresponds to the phase difference φ.

【0029】そして、位相比較器(30)の出力パルスV
x0は、ローパスフィルタ(40)によって平滑化され、こ
れが加速度が存在しないときの基準信号となる。
Then, the output pulse V of the phase comparator (30)
x0 is smoothed by the low-pass filter (40), and serves as a reference signal when no acceleration is present.

【0030】次に、図7に示す加速度センサにX軸負方
向の加速度が加わると、重り(9)はX軸正方向の外力
を受け、可動基板(4)は同図(b)のように撓んで、
X軸正側にあるコンデンサ(7)は電極間距離が縮小し
て容量Cx1が増加し、X軸負側にあるコンデンサ(8)
は電極間距離が拡大して容量Cx2が減少する。これによ
り、第1遅延回路(10)の時定数は大きく、第2遅延回
路(20)の時定数は小さくなる。従って、第1遅延回路
(10)による入力パルスQ1 に対する遅延量D1 は大き
く、第2遅延回路(20)による入力パルスQ2 に対する
遅延量D2 は小さくなり、第1、第2遅延回路の出力V
c1、Vc2の位相差φx はφよりも小さくなる。その結
果、位相比較器(30)の出力パルス(図2にVx で示
す)のパルス幅Tx は縮小し、従ってローパスフィルタ
(40)からの加速度信号のレベルも基準値よりも低下す
る。加速度センサに加わる加速度が大きいほど、第1、
第2遅延回路(10)(20)の出力Vc1、Vc2の位相差φ
x は小さくなるから、ローパスフィルタ(40)からの加
速度信号のレベルは小さくなる。
Next, when an acceleration in the negative direction of the X-axis is applied to the acceleration sensor shown in FIG. 7, the weight (9) receives an external force in the positive direction of the X-axis, and the movable substrate (4) becomes as shown in FIG. Bends into
The capacitor (7) on the positive side of the X axis decreases the distance between the electrodes and increases the capacitance Cx1, and the capacitor (8) on the negative side of the X axis
In this case, the distance between the electrodes increases and the capacitance Cx2 decreases. As a result, the time constant of the first delay circuit (10) is large, and the time constant of the second delay circuit (20) is small. Accordingly, the delay amount D1 of the first delay circuit (10) with respect to the input pulse Q1 is large, and the delay amount D2 of the second delay circuit (20) with respect to the input pulse Q2 is small, and the output V of the first and second delay circuits is reduced.
The phase difference φx between c1 and Vc2 becomes smaller than φ. As a result, the pulse width Tx of the output pulse (indicated by Vx in FIG. 2) of the phase comparator (30) is reduced, so that the level of the acceleration signal from the low-pass filter (40) is also lower than the reference value. As the acceleration applied to the acceleration sensor increases, the first,
Phase difference φ between outputs Vc1 and Vc2 of second delay circuits (10) and (20)
Since x becomes smaller, the level of the acceleration signal from the low-pass filter (40) becomes smaller.

【0031】一方、逆に、加速度センサにX軸正方向の
加速度が加わると、重り(9)はX軸負方向の外力を受
け、可動基板(4)は上記と逆に撓んで、X軸負側にあ
るコンデンサ(8)は電極間距離が縮小して容量Cx2が
増加し、X軸正側にあるコンデンサ(7)は電極間距離
が拡大して容量Cx1が減少する。これにより、上記と逆
に、第1、第2遅延回路(10)(20)の出力Vc1、Vc2
の位相差φx はφよりも大きくなる。その結果、位相比
較器(30)の出力パルス(図2にVx ´で示す)のパル
ス幅Tx ´は増大し、従ってローパスフィルタ(40)か
らの加速度信号のレベルは基準値よりも上昇する。加速
度センサに加わる加速度が大きいほど、第1、第2遅延
回路(10)(20)の出力Vc1、Vc2の位相差φx は大き
くなるから、ローパスフィルタ(40)からの加速度信号
のレベルも大きくなる。
On the other hand, when acceleration in the positive direction of the X axis is applied to the acceleration sensor, the weight (9) receives an external force in the negative direction of the X axis, and the movable substrate (4) bends in the opposite direction to the above. In the capacitor (8) on the negative side, the distance between the electrodes is reduced and the capacitance Cx2 is increased, and in the capacitor (7) on the positive side on the X axis, the distance between the electrodes is expanded and the capacitance Cx1 is reduced. Thereby, contrary to the above, the outputs Vc1 and Vc2 of the first and second delay circuits (10) and (20)
Is larger than φ. As a result, the pulse width Tx 'of the output pulse (indicated by Vx' in FIG. 2) of the phase comparator (30) increases, and therefore the level of the acceleration signal from the low-pass filter (40) rises above the reference value. As the acceleration applied to the acceleration sensor increases, the phase difference φx between the outputs Vc1 and Vc2 of the first and second delay circuits (10) and (20) increases, so that the level of the acceleration signal from the low-pass filter (40) also increases. .

【0032】このように、加速度センサに加わる加速度
の方向によって、ローパスフィルタ(40)からの加速度
信号のレベルが基準レベルから上昇しあるいは低下する
から、加速度の方向を検出することができる。もとよ
り、加速度信号のレベルそのものから加速度の大きさを
検出することができる。
As described above, since the level of the acceleration signal from the low-pass filter (40) rises or falls from the reference level depending on the direction of the acceleration applied to the acceleration sensor, the direction of the acceleration can be detected. Of course, the magnitude of the acceleration can be detected from the level of the acceleration signal itself.

【0033】また、図1に示した処理回路では、第1、
第2遅延回路(10)(20)における抵抗素子は同一特性
のものを使用しているから、処理回路の環境条件例えば
温度等が変化しても、抵抗素子に基く特性変化を相殺す
ることができる。従って、第1、第2遅延回路による各
入力パルスの遅延量は加速度センサにおけるコンデンサ
(7)(8)の容量Cx1、Cx2のみに依存し、ひいては
加速度センサに加わる加速度のみに依存して変化する。
従って、温度等の環境条件によってローパスフィルタ
(40)からの加速度信号がドリフトする不都合はなくな
り、ドリフトの補償回路を設けたり、環境条件を一定に
するための対策等を必要とすることなく、正確な加速度
の検出が可能となる。また、パルス発生回路(50)やカ
ウンタ(60)はデジタル回路によって構成できるから、
処理回路全体の回路構成も簡素化できる。加えて、1つ
のパルス発生回路(50)やカウンタ(60)を用いて、位
相差の異なる入力信号Q1 、Q2 を作成しているから、
環境条件が変化しても入力信号の位相差が変動すること
がなく、両遅延回路(10)(20)の特性変化が相殺され
ることとも相俟って、益々高精度な加速度の検出が可能
となる。
Further, in the processing circuit shown in FIG.
Since the resistance elements in the second delay circuits (10) and (20) have the same characteristics, even if the environmental conditions of the processing circuit, such as temperature, change, it is possible to cancel the characteristic change based on the resistance elements. it can. Therefore, the amount of delay of each input pulse by the first and second delay circuits depends only on the capacitances Cx1 and Cx2 of the capacitors (7) and (8) in the acceleration sensor, and changes depending only on the acceleration applied to the acceleration sensor. .
Therefore, there is no disadvantage that the acceleration signal from the low-pass filter (40) drifts due to environmental conditions such as temperature, so that it is not necessary to provide a drift compensating circuit or take measures for keeping the environmental conditions constant. It is possible to detect a great acceleration. Also, since the pulse generation circuit (50) and the counter (60) can be configured by digital circuits,
The circuit configuration of the entire processing circuit can also be simplified. In addition, since one pulse generating circuit (50) and a counter (60) are used to generate the input signals Q1 and Q2 having different phase differences,
Even if the environmental conditions change, the phase difference between the input signals does not change, and the change in the characteristics of the delay circuits (10) and (20) is canceled out. It becomes possible.

【0034】なお、以上の実施例では、位相比較器(3
0)としてEX−OR素子を用いたが、これに限定され
ることはなく、第1、第2の各遅延回路(10)(20)か
らの出力信号の位相差に応じた出力信号を生じるもので
あれば良い。また、加速度を検出する加速度センサに適
用した場合を示したが、磁気その他の外力検出用センサ
に適用することもできる。
In the above embodiment, the phase comparator (3
Although the EX-OR element is used as 0), the present invention is not limited to this, and an output signal corresponding to the phase difference between the output signals from the first and second delay circuits (10) and (20) is generated. Anything is fine. Further, the case where the present invention is applied to an acceleration sensor for detecting acceleration is shown, but the present invention can also be applied to a sensor for detecting external force such as magnetism.

【0035】[0035]

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、入力信号を
遅延させるとともに、検出外力を受けて容量値の増減が
相反して変化する2つのコンデンサの各容量値の変化に
応じて遅延量が変化する2つの遅延回路と、これら遅延
回路の出力信号の位相を比較する位相比較器とを備えた
静電容量式センサの信号処理回路において、前記2つの
遅延回路への入力信号に予め位相差が設けられているか
ら、この入力信号の位相差に基いて、各遅延回路の出力
に、加速度の方向検出用の基準位相差を生じさせること
ができる。このため、遅延回路に基準位相差発生用コン
デンサを設けたり、抵抗値に差を設ける必要はなくな
り、加速度センサによるコンデンサを除いて両遅延回路
の構成を同一にできる。その結果、処理回路の環境条件
例えば温度等が変化しても、両遅延回路の特性変化を相
殺することができるから、特性の相違を補償するための
補償回路を設けたり、環境条件を一定にするための対策
等を必要とすることなく、簡易な構成で加速度の大きさ
及び方向を正確に検出することができる。
According to the present invention, as described above, the input signal is delayed, and the amount of delay is changed in accordance with the change in each capacitance value of the two capacitors whose increase and decrease in capacitance value are oppositely changed by receiving a detected external force. In a signal processing circuit of an electrostatic capacitance type sensor comprising two delay circuits, the phase of which changes, and a phase comparator for comparing the phases of the output signals of the delay circuits, the input signal to the two delay circuits is Since the phase difference is provided, a reference phase difference for detecting the direction of the acceleration can be generated in the output of each delay circuit based on the phase difference of the input signal. Therefore, there is no need to provide a capacitor for generating a reference phase difference or provide a difference in resistance value in the delay circuit, and the configuration of both delay circuits can be the same except for the capacitor by the acceleration sensor. As a result, even if the environmental conditions of the processing circuit, for example, the temperature or the like change, the change in the characteristics of the two delay circuits can be offset, so that a compensating circuit for compensating for the difference in the characteristics is provided, It is possible to accurately detect the magnitude and direction of the acceleration with a simple configuration without requiring any countermeasure for performing the operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例に係る静電容量式センサの
信号処理回路を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a signal processing circuit of a capacitance type sensor according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の信号処理回路の動作波形図である。FIG. 2 is an operation waveform diagram of the signal processing circuit of FIG. 1;

【図3】従来の静電容量式センサの信号処理回路を示す
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a signal processing circuit of a conventional capacitive sensor.

【図4】図3の信号処理回路の動作波形図である。FIG. 4 is an operation waveform diagram of the signal processing circuit of FIG. 3;

【図5】従来の静電容量式センサの信号処理回路を示す
ブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing circuit of a conventional capacitive sensor.

【図6】図5の信号処理回路の動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram of the signal processing circuit of FIG. 5;

【図7】静電容量式センサの一例を示すもので、(a)
は加速度が存在しない状態での断面図、(b)は加速度
が存在している状態の断面図、(c)は(a)のVIc −
VIc 線断面図である。
7A and 7B show an example of a capacitance type sensor, and FIG.
Is a cross-sectional view in a state where no acceleration is present, (b) is a cross-sectional view in a state where acceleration is present, and (c) is a VIc− in (a).
It is a VIc line sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20…遅延回路 7、8…コンデンサ 30…位相比較器 10, 20 delay circuit 7, 8 capacitor 30 phase comparator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/125 G01L 9/12 H01L 29/84 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01P 15/125 G01L 9/12 H01L 29/84

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力信号を遅延させるとともに、検出外
力を受けて容量値Cx1、Cx2の増減が相反して変化する
2つのコンデンサ(7)(8)の各容量値Cx1、Cx2の
変化に応じて遅延量が変化する2つの遅延回路(10)
(20)と、これら遅延回路の出力信号の位相を比較する
位相比較器(30)とを備えた静電容量式センサの信号処
理回路において、 前記2つの遅延回路(10)(20)への入力信号Q1 、Q
2 に予め位相差が設けられていることを特徴とする静電
容量式センサの信号処理回路。
An input signal is delayed, and a change in capacitances Cx1 and Cx2 of two capacitors (7) and (8) in which an increase and a decrease in capacitances Cx1 and Cx2 change reciprocally in response to a detected external force. Delay circuits with variable delay amount (10)
(20) and a phase comparator (30) for comparing the phases of the output signals of these delay circuits. In the signal processing circuit of the capacitance type sensor, the two delay circuits (10) and (20) Input signals Q1, Q
2. A signal processing circuit for a capacitive sensor, wherein a phase difference is provided in advance in the signal processing circuit.
【請求項2】 入力信号Q1 、Q2 の位相差はカウンタ2. A phase difference between input signals Q1 and Q2 is determined by a counter.
(60)によって設定される請求項1に記載の静電容量式The capacitance type according to claim 1, which is set by (60).
センサの信号処理回路。Sensor signal processing circuit.
【請求項3】 位相比較器(30)は排他的論理和素子に3. The phase comparator (30) is an exclusive OR element.
よって構成される請求項1に記載の静電容量式センサのThe capacitance type sensor according to claim 1,
信号処理回路。Signal processing circuit.
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